一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法，該方法首先由圖像傳感器采集原始圖像信號(hào)和在成像光路中設(shè)置遮擋裝置后的遮擋圖像信號(hào)，并將圖像信號(hào)發(fā)送到對(duì)焦處理單元，然后由對(duì)焦處理單元對(duì)接收到將圖像信號(hào)（原始圖像信號(hào)與遮擋圖像信號(hào)或者不同的遮擋圖像信號(hào)）進(jìn)行處理，得到圖像傳感器和成像平面的相對(duì)位置關(guān)系，最后根據(jù)圖像傳感器和成像平面的相對(duì)位置來(lái)確定圖像是否對(duì)焦，并通過(guò)移動(dòng)透鏡組對(duì)偏焦的圖像進(jìn)行對(duì)焦。通過(guò)該方法只需要在成像光路中增加簡(jiǎn)單的遮擋裝置就能夠?qū)崿F(xiàn)全圖像任意位置的快速相位對(duì)焦，且不需要增加額外的相位檢測(cè)裝置，節(jié)約成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理及光學(xué)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]對(duì)焦的英文學(xué)名為Focus，通常數(shù)碼相機(jī)有多種對(duì)焦方式，分別是自動(dòng)對(duì)焦、手動(dòng)對(duì)焦和多重對(duì)焦方式。
[0003]1、自動(dòng)對(duì)焦:
[0004]非TTL式:傳統(tǒng)相機(jī)通常采取一種類(lèi)似目測(cè)測(cè)距的方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦，相機(jī)發(fā)射一種紅外線(xiàn)(或其它射線(xiàn))，根據(jù)被攝體的反射確定被攝體的距離，然后根據(jù)測(cè)得的結(jié)果調(diào)整鏡頭組合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦。這種自動(dòng)對(duì)焦方式直接、速度快、容易實(shí)現(xiàn)、成本低，但有時(shí)候會(huì)出錯(cuò)(相機(jī)和被攝體之間有其它東西如玻璃時(shí)就無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦，或者在光線(xiàn)不足的情況下)，精度也差，如今高檔的相機(jī)一般已經(jīng)不使用此種方式。因?yàn)槭窍鄼C(jī)主動(dòng)發(fā)射射線(xiàn)，故稱(chēng)主動(dòng)式，又因它實(shí)際只是測(cè)距，并不通過(guò)鏡頭的實(shí)際成像判斷是否正確結(jié)焦，所以又稱(chēng)為非TTL式。
[0005]TTL自動(dòng)對(duì)焦:這種對(duì)焦方式相對(duì)于主動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦,后來(lái)發(fā)展了被動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦，也就是根據(jù)鏡頭的實(shí)際成像判斷是否正確結(jié)焦，判斷的依據(jù)一般是反差檢測(cè)式，具體原理相當(dāng)復(fù)雜。因?yàn)檫@種方式是通過(guò)鏡頭成像實(shí)現(xiàn)的，故稱(chēng)為T(mén)TL自動(dòng)對(duì)焦。也正是由于這種自動(dòng)對(duì)焦方式基于鏡頭成像實(shí)現(xiàn)，因此對(duì)焦精度高，出現(xiàn)差錯(cuò)的比率低，但技術(shù)復(fù)雜，速度較慢(采用超聲波馬達(dá)的高級(jí)自動(dòng)對(duì)焦鏡頭除外)，成本也較高。
[0006]2、手動(dòng)對(duì)焦:
[0007]手動(dòng)對(duì)焦，它是通過(guò)手工轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)焦環(huán)來(lái)調(diào)節(jié)相機(jī)鏡頭從而使拍攝出來(lái)的照片清晰的一種對(duì)焦方式，這種方式很大程度上面依賴(lài)人眼對(duì)對(duì)焦屏上的影像的判別以及拍攝者的熟練程度甚至拍攝者的視力。早期的單鏡反光相機(jī)與旁軸相機(jī)基本都是使用手動(dòng)對(duì)焦來(lái)完成調(diào)焦操作的?，F(xiàn)在的準(zhǔn)專(zhuān)業(yè)及專(zhuān)業(yè)數(shù)碼相機(jī)，還有單反數(shù)碼相機(jī)都設(shè)有手動(dòng)對(duì)焦的功能，以配合不同的拍攝需要。
[0008]3、多重對(duì)焦:
[0009]很多數(shù)碼相機(jī)都有多點(diǎn)對(duì)焦功能，或者區(qū)域?qū)构δ?。?dāng)對(duì)焦中心不設(shè)置在圖片中心的時(shí)候，可以使用多點(diǎn)對(duì)焦，或者多重對(duì)焦。除了設(shè)置對(duì)焦點(diǎn)的位置，還可以設(shè)定對(duì)焦范圍，這樣，用戶(hù)可拍攝不同效果的圖片。常見(jiàn)的多點(diǎn)對(duì)焦為5點(diǎn)，7點(diǎn)和9點(diǎn)對(duì)焦。
[0010]4、全息自動(dòng)對(duì)焦:
[0011]全息自動(dòng)對(duì)焦功能(HologramAF),是索尼數(shù)碼相機(jī)獨(dú)有的功能,也是一種薪新自動(dòng)對(duì)焦光學(xué)系統(tǒng)，采用先進(jìn)激光全息攝影技術(shù)，利用激光點(diǎn)檢測(cè)拍攝主體的邊緣，就算在黑暗的環(huán)境亦能拍攝準(zhǔn)確對(duì)焦的照片，有效拍攝距尚達(dá)4.5米。
[0012]隨著相機(jī)對(duì)焦技術(shù)的不斷發(fā)展，由最初的手動(dòng)對(duì)焦發(fā)展到現(xiàn)在的自動(dòng)對(duì)焦。電子相機(jī)等設(shè)備在自動(dòng)對(duì)焦過(guò)程中通常采用對(duì)比度法或相位法實(shí)施對(duì)焦。對(duì)比檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦在檢測(cè)到最大對(duì)比度之前不斷調(diào)整，因而速度較慢。[0013]現(xiàn)有的相位對(duì)焦的技術(shù)主要有兩大類(lèi):
[0014]第一種是通過(guò)反射裝置和額外相位檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)焦的，此種方式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本較高，一般只有數(shù)碼單反相機(jī)才具備。數(shù)碼單反相機(jī)完成對(duì)焦的過(guò)程非常復(fù)雜。當(dāng)光線(xiàn)射入鏡頭后，光線(xiàn)通過(guò)反光鏡反射在位于反光鏡上方的對(duì)焦屏上。反光鏡到對(duì)焦屏的距離與反光鏡到感光元件的距離是完全相等的。在未曝光前，對(duì)焦屏代替感光元件進(jìn)行對(duì)焦操作，利用透鏡分離相位檢測(cè)法對(duì)焦，并發(fā)出命令。而對(duì)焦操作的過(guò)程是通過(guò)鏡頭內(nèi)部的自動(dòng)對(duì)焦馬達(dá)完成的。對(duì)焦系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整鏡頭內(nèi)部的透鏡組，事實(shí)上是鏡頭內(nèi)的部分透鏡組和感光元件的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于現(xiàn)在的大多數(shù)鏡頭采用了內(nèi)對(duì)焦或后對(duì)焦的方式，在對(duì)焦過(guò)程中，攝影師不會(huì)察覺(jué)鏡頭長(zhǎng)度的明顯變化。此外，數(shù)碼單反相機(jī)的對(duì)焦操作還依賴(lài)于相機(jī)內(nèi)部的自動(dòng)對(duì)焦傳感器等多個(gè)組件合力完成。
[0015]第二種是通過(guò)在成像裝置中按照一定的排布方式增加相位檢測(cè)單元來(lái)實(shí)現(xiàn)相位檢測(cè)對(duì)焦。此種方案增加的相位檢測(cè)單元來(lái)替代原有的成像單元，相位檢測(cè)單元過(guò)少則不利于相位檢測(cè)，過(guò)多則影響成像質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法，通過(guò)該方法能夠?qū)崿F(xiàn)全圖像任意位置的快速相位對(duì)焦。
[0017]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0018]一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法，包括以下步驟:
[0019](I)通過(guò)圖像傳感器采集原始圖像信號(hào)；
[0020](2)在圖像成像光路中設(shè)置遮擋裝置，調(diào)整遮擋裝置的遮擋部分位置，并通過(guò)圖像傳感器采集遮擋圖像信號(hào)；
[0021](3)將原始圖像信號(hào)和遮擋圖像信號(hào)發(fā)送到對(duì)焦處理單元，對(duì)焦處理單元對(duì)接收到的圖像信號(hào)加以處理，得到圖像傳感器和成像平面的相對(duì)位置關(guān)系；
[0022](4)根據(jù)成像平面與圖像傳感器的相對(duì)位置關(guān)系判斷成像平面是否位于圖像傳感器上，若是則圖像處于對(duì)焦位置，不需要調(diào)整；若否則進(jìn)入步驟(5)；
[0023](5)對(duì)焦處理單元根據(jù)圖像傳感器和成像平面的相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行相位對(duì)焦；相位對(duì)焦的具體方式為:若成像平面位于圖像傳感器的前面，則對(duì)焦處理單元通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制單元驅(qū)動(dòng)透鏡組向圖像傳感器移動(dòng)，直至成像平面與圖像傳感器位于同一平面；若成像平面位于圖像傳感器的后面，則對(duì)焦處理單元通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制單元驅(qū)動(dòng)透鏡組遠(yuǎn)離圖像傳感器移動(dòng)，直至成像平面與圖像傳感器位于同一平面。
[0024]進(jìn)一步，如上所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法，步驟(2)中，所述的遮擋裝置為遮擋片或液晶。
[0025]進(jìn)一步，如上所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法，步驟(2)中，遮擋裝置的遮擋部分的形狀為半圓形。
[0026]進(jìn)一步，如上所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法，步驟(2)中，將遮擋裝置設(shè)置在成像光路的任何位置，包括設(shè)置在透鏡組前、透鏡組后或者透鏡組內(nèi)部。
[0027]進(jìn)一步，如上所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法，步驟(3)中，對(duì)焦處理單元通過(guò)將原始圖像信號(hào)和遮擋圖像信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，得到原始圖像與遮擋圖像的相位差，并根據(jù)該相位差得到圖像傳感器和成像平面的相對(duì)位置關(guān)系。
[0028]進(jìn)一步，如上所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法，步驟(3)中，對(duì)焦處理單元通過(guò)將遮擋裝置處于不同遮擋位置時(shí)獲取的遮擋圖像信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，得到不同遮擋位置的遮擋圖像的相位差，并根據(jù)該相位差得到圖像傳感器和成像平面的相對(duì)位置關(guān)系。
[0029]進(jìn)一步，如上所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法，步驟(I)中，所述的圖像傳感器為圖像信號(hào)采集裝置，包括C⑶成像元件或CMOS成像元件。
[0030]再進(jìn)一步，如上所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法，步驟(3)中，對(duì)焦處理單元還用于控制圖像的后處理、存儲(chǔ)和顯示。
[0031]更進(jìn)一步，如上所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法，步驟(5)中，所述的透鏡組由一個(gè)或者多個(gè)透鏡組成。
[0032]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明所述的方法突破了現(xiàn)有額外相位檢測(cè)裝置傳感器排布位置的限制，通過(guò)光路中遮擋裝置中遮擋部分的位置調(diào)整，實(shí)現(xiàn)全圖像任意位置的快速相位對(duì)焦，不僅適用于拍攝靜態(tài)圖像，而且適用于視頻跟蹤拍攝。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2是【具體實(shí)施方式】中遮擋裝置在透鏡組前的裝置示意圖；
[0035]圖3是【具體實(shí)施方式】中遮擋裝置的四種不同的遮擋方式示意圖；
[0036]圖4是【具體實(shí)施方式】中本發(fā)明一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦方法的流程圖
[0037]圖5是【具體實(shí)施方式】中成像平面在圖像傳感器前上遮擋光路圖；
[0038]圖6是【具體實(shí)施方式】中成像平面在圖像傳感器前下遮擋光路圖；
[0039]圖7是【具體實(shí)施方式】中成像平面在圖像傳感器后上遮擋光路圖；
[0040]圖8是【具體實(shí)施方式】中成像平面在圖像傳感器后下遮擋光路圖；
[0041]圖9是【具體實(shí)施方式】中成像平面在圖像傳感器上時(shí)上遮擋光路圖；
[0042]圖10是【具體實(shí)施方式】中成像平面在圖像傳感器上時(shí)下遮擋光路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0044]本發(fā)明所述的方法是在圖1中所示的一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的裝置的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法，該實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的裝置由遮擋裝置、透鏡組以及圖像傳感器組成一套系統(tǒng)，遮擋裝置用于遮擋被拍攝物體通過(guò)透鏡組到圖像傳感器間的光路，使得成像平面位于圖像傳感器上，或者圖像傳感器的前面，或者圖像傳感器的后面，通過(guò)改變遮擋裝置的狀態(tài)得到一組被遮擋后的圖像，這些不同狀態(tài)遮擋圖像之間對(duì)比或者遮擋圖像和原始圖像對(duì)比，通過(guò)計(jì)算檢測(cè)出圖像傳感器和成像平面的相對(duì)位置，從而可以確定透鏡組的移動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦。
[0045]由圖1中可以看出，實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的裝置包括了遮擋裝置2、透鏡組1、圖像傳感器3、對(duì)焦處理單元5、驅(qū)動(dòng)控制單元7、主控單元6及遮擋控制單元4，其中，透鏡組分別與圖像傳感器和遮擋裝置連接，圖像傳感器與對(duì)焦處理單元連接，對(duì)焦處理單元與驅(qū)動(dòng)控制單元連接并對(duì)其進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)控制單元與透鏡組連接并對(duì)其進(jìn)行控制。其中，遮擋裝置和透鏡組為該裝置的核心部分，遮擋裝置包括遮擋部分和透光部分。主控單元分別與對(duì)焦處理單元和遮擋控制單元連接，遮擋控制單元與遮擋裝置連接并對(duì)其進(jìn)行控制，主控單元接收外部輸入信號(hào)，協(xié)同控制對(duì)焦處理單元和遮擋控制單元完成相位檢測(cè)功能，對(duì)焦處理單元用于對(duì)圖像傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制單元驅(qū)動(dòng)透鏡組的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦。該裝置可以在一般成像裝置(CXD、CMOS等)的基礎(chǔ)上通過(guò)調(diào)整光路中的附件(遮擋裝置和透鏡組)獲取多幀圖像的方式實(shí)現(xiàn)有效的圖像深度相關(guān)信息的檢測(cè)，例如本發(fā)明的相位對(duì)焦。其中，遮擋裝置可以設(shè)置在透鏡組前、透鏡組后或者透鏡組中，透鏡組由單一透鏡或者多個(gè)透鏡組成，透鏡組不限于單一凸透鏡。如圖2中所示，遮擋裝置2設(shè)置在透鏡組I前，圖像傳感器3為圖像采集裝置，包括CXD成像元件和CMOS成像元件。遮擋裝置2可以是任何機(jī)械遮擋裝置(如遮擋片)、電子遮擋裝置(如液晶)或其它有類(lèi)似功能的裝置，其數(shù)目可以是一個(gè)或者多個(gè)，優(yōu)選一個(gè)；遮擋裝置可以置于透鏡組之前(即目標(biāo)物體和透鏡組之間)或之后(即透鏡組和圖像傳感器之間)，或者透鏡組內(nèi)部，也能夠達(dá)到類(lèi)似的效果，優(yōu)選置于透鏡組之前的位置；圖3示出了遮擋裝置的一種形狀及其四種不同的遮擋方式，分別為上遮擋、下遮擋、左遮擋、右遮擋，但遮擋裝置包括但不僅限于圖3所示的形狀和數(shù)目，也可以采用任意其他形狀而非半圓形也能夠達(dá)到類(lèi)似效果，但可能后期計(jì)算較為復(fù)雜，同樣能夠達(dá)到效果；本實(shí)施例中，遮擋裝置的遮擋部分的形狀優(yōu)選半圓形狀。遮擋方式可以采用其中的任意角度的一種或多種，優(yōu)選上遮擋、下遮擋，或者左遮擋、右遮擋，即不同遮擋方式時(shí)之間最好是相互對(duì)稱(chēng)的。在實(shí)際應(yīng)用中，需要采用多種不同的遮擋方式對(duì)目標(biāo)物體拍照后來(lái)進(jìn)行對(duì)比。
[0046]圖4示出了基于圖1中一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的裝置的一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法的流程圖，由圖中可以看出，該方法主要包括以下步驟:
[0047]步驟Sll:采集原始圖像信號(hào)；
[0048]步驟S12:采集遮擋圖像信號(hào)；
[0049]首先，通過(guò)圖像傳感器采集原始圖像信號(hào)，本實(shí)施方式中的原始圖像信號(hào)是指在成像光路中設(shè)置遮擋裝置之前通過(guò)圖像傳感器采集到的圖像信號(hào)。在完成原始圖像信號(hào)采集后，在成像光路中設(shè)置遮擋裝置，遮擋裝置可以設(shè)置在成像光路中的任意位置，包括設(shè)置在透鏡組前、透鏡組后或透鏡組中，本實(shí)施方式中優(yōu)選將遮擋裝置設(shè)置在透鏡組前。在成像光路中設(shè)置遮擋裝置后獲取遮擋裝置處于不同遮擋位置的遮擋圖像信號(hào)，例如選用的遮擋裝置為圓形的，其遮擋部分為半圓的上遮擋方式(圖3中的第一幅圖示)，首選獲取上遮擋方式的遮擋圖像，然后調(diào)整遮擋裝置，使其為下遮擋方式(圖2中國(guó)的第二幅圖示)，獲取下遮擋方式的遮擋圖像。當(dāng)然，遮擋方式及獲取的遮擋圖像并不是唯一限定的。將采集的原始圖像信號(hào)和遮擋圖像信號(hào)發(fā)送到對(duì)焦處理單元。本實(shí)施方式中的圖像傳感器包括CCD成像元件和CMOS成像元件等。
[0050]步驟S13:對(duì)焦處理單元對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行處理，得到圖像傳感器和成像平面的相對(duì)位置關(guān)系；
[0051]將原始圖像信號(hào)和遮擋圖像信號(hào)發(fā)送到對(duì)焦處理單元，對(duì)焦處理單元對(duì)接收到的圖像信號(hào)加以處理，得到圖像傳感器和成像平面的相對(duì)位置關(guān)系。本實(shí)施方式中對(duì)焦處理單元通過(guò)圖像信號(hào)處理，得到圖像傳感器與成像平面的相對(duì)位置關(guān)系，可以是通過(guò)將原始圖像信號(hào)和遮擋圖像信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，得到原始圖像與遮擋圖像的相位差，并根據(jù)該相位差得到圖像傳感器和成像平面的相對(duì)位置關(guān)系；也通過(guò)將遮擋裝置處于不同遮擋位置時(shí)獲取的遮擋圖像信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，得到不同遮擋位置的遮擋圖像的相位差，并根據(jù)該相位差得到圖像傳感器和成像平面的相對(duì)位置關(guān)系。圖像傳感器與成像平面的相對(duì)位置關(guān)系包括成像平面位于圖像傳感器，成像平面位于圖像傳感器前面，或者成像平面位于圖像傳感器后面。在該步驟中對(duì)焦處理單元接收到圖像信號(hào)加以處理即原始圖像與遮擋圖像或者不同的遮擋圖像之間進(jìn)行對(duì)比，得到的是原始圖像與遮擋圖像或者不同遮擋圖像之間的圖像偏差(即相位偏差)，然后，根據(jù)遮擋與圖像偏差的位置關(guān)系，來(lái)推斷成像平面與圖像傳感器的位置關(guān)系。
[0052]步驟S14:判斷成像平面是否位于圖像傳感器上；
[0053]通過(guò)步驟S13中得到的圖像傳感器與成像平面的相對(duì)位置關(guān)系，根據(jù)成像平面與圖像傳感器的相對(duì)位置關(guān)系判斷成像平面是否位于圖像傳感器上，若是則說(shuō)明圖像相位處于對(duì)焦位置，不需要調(diào)整；若否則說(shuō)明圖像相位處于偏焦?fàn)顟B(tài)，進(jìn)入步驟S15，進(jìn)行相位對(duì)焦。
[0054]步驟S15:根據(jù)圖像傳感器和成像平面的相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行相位對(duì)焦；
[0055]對(duì)焦處理單元根據(jù)圖像傳感器和成像平面的相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行相位對(duì)焦；相位對(duì)焦的具體方式為:判斷圖像信號(hào)的成像平面與圖像傳感器的位置關(guān)系，若成像平面位于圖像傳感器的前面，則對(duì)焦處理單元通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制單元驅(qū)動(dòng)透鏡組向圖像傳感器移動(dòng)，直至成像平面與圖像傳感器位于同一平面；若成像平面位于圖像傳感器的后面，則對(duì)焦處理單元通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制單元驅(qū)動(dòng)透鏡組遠(yuǎn)離圖像傳感器移動(dòng)，直至成像平面與圖像傳感器位于同一平面，即成像平面位于圖像傳感器上。本實(shí)施方式中的相位指的是原始圖像與遮擋圖像的位置偏差，對(duì)焦指的是圖像成像變清楚的過(guò)程。通過(guò)透鏡組的移動(dòng)再獲取不同的遮擋圖像，再通過(guò)將調(diào)整后的遮擋圖像與原始圖像或者原遮擋圖像對(duì)比，通過(guò)兩幅圖像的相位差來(lái)判斷成像平面與圖像傳感器的相對(duì)位置關(guān)系，通過(guò)多次的調(diào)整直至成像平面位于圖像傳感器上。
[0056]圖5和圖6中示出了遮擋裝置2位于透鏡組I前，成像平面8位于圖像傳感器3之前，分別采用圖3遮擋片的形狀以及上遮擋與下遮擋兩種方式所成像的光路圖。被拍攝物體上的任意點(diǎn)0，通過(guò)遮擋裝置2的遮擋在非成像平面上形成了光斑9或光斑10。根據(jù)光學(xué)成像原理可以得到，當(dāng)遮擋片處于上遮擋方式時(shí)，在圖像傳感器成像的過(guò)渡區(qū)域內(nèi)的圖像會(huì)不同程度的產(chǎn)生向上的相位偏移；反正，當(dāng)遮擋片處于下遮擋方式時(shí)，圖像會(huì)產(chǎn)生向下的相位偏移。對(duì)比兩幅圖像我們可以知道，圖像處于離焦?fàn)顟B(tài)，驅(qū)動(dòng)控制單元7驅(qū)動(dòng)透鏡組I對(duì)焦的方向?yàn)榭拷鼒D像傳感器3的方向。
[0057]圖7和圖8顯示遮擋裝置位于透鏡組前，成像平面8位于圖像傳感器3之后，分別采用圖3遮擋片的形狀以及上遮擋與下遮擋兩種方式所成像的光路圖。被拍攝物體上的任意點(diǎn)0，通過(guò)遮擋裝置2的遮擋在非成像平面上形成了光斑11或光斑12。同理，當(dāng)遮擋片處于上遮擋方式時(shí)，在圖像傳感器成像的過(guò)渡區(qū)域內(nèi)的圖像會(huì)不同程度的產(chǎn)生向下的相位偏移；當(dāng)遮擋片處于下遮擋方式時(shí)，圖像會(huì)產(chǎn)生向上的相位偏移。對(duì)比兩幅圖像我們可以知道，圖像處于離焦?fàn)顟B(tài)，驅(qū)動(dòng)控制單元驅(qū)動(dòng)透鏡組對(duì)焦的方向?yàn)檫h(yuǎn)離圖像傳感器方向。
[0058]圖9和圖10顯示遮擋裝置位于透鏡組前，成像平面8位于圖像傳感器3上，分別采用圖3遮擋片的形狀以及上遮擋與下遮擋兩種方式所成像的光路圖。當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置移動(dòng)透鏡組1，使成像平面處在圖像傳感器上時(shí)，圖像達(dá)到對(duì)焦?fàn)顟B(tài)。這時(shí)，分別遮擋上半部分和下半部分光路形成的兩幅圖像完全一致，即沒(méi)有相位差產(chǎn)生。
[0059]綜上，此方案通過(guò)遮擋光路的方式，不僅可以判斷透鏡的對(duì)焦或者離焦?fàn)顟B(tài)，而且還可以得到透鏡組達(dá)到對(duì)焦所需的移動(dòng)方向，最終實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)對(duì)焦的目的。該方法突破了額外相位檢測(cè)裝置傳感器排布位置的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)全圖像任意位置的快速相位對(duì)焦，不僅適用于拍攝靜態(tài)圖像，而且適用于視頻跟蹤拍攝。
[0060]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法，包括以下步驟: (1)通過(guò)圖像傳感器采集原始圖像信號(hào)； (2)在圖像成像光路中設(shè)置遮擋裝置，調(diào)整遮擋裝置的遮擋部分位置，并通過(guò)圖像傳感器采集遮擋圖像信號(hào)； (3)將原始圖像信號(hào)和遮擋圖像信號(hào)發(fā)送到對(duì)焦處理單元，對(duì)焦處理單元對(duì)接收到的圖像信號(hào)加以處理，得到圖像傳感器和成像平面的相對(duì)位置關(guān)系； (4)根據(jù)成像平面與圖像傳感器的相對(duì)位置關(guān)系判斷成像平面是否位于圖像傳感器上，若是則圖像處于對(duì)焦位置，不需要調(diào)整；若否則進(jìn)入步驟(5)； (5)對(duì)焦處理單元根據(jù)圖像傳感器和成像平面的相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行相位對(duì)焦；相位對(duì)焦的具體方式為:若成像平面位于圖像傳感器的前面，則對(duì)焦處理單元通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制單元驅(qū)動(dòng)透鏡組向圖像傳感器移動(dòng)，直至成像平面與圖像傳感器位于同一平面；若成像平面位于圖像傳感器的后面，則對(duì)焦處理單元通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制單元驅(qū)動(dòng)透鏡組遠(yuǎn)離圖像傳感器移動(dòng)，直至成像平面與圖像傳感器位于同一平面。
2.如權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法，其特征在于:步驟(2)中，所述的遮擋裝置為遮擋片或液晶。
3.如權(quán)利要求2所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法，其特征在于:步驟(2)中，遮擋裝置的遮擋部分的形狀為半圓形。
4.如權(quán)利要求3所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法，其特征在于:步驟(2)中，將遮擋裝置設(shè)置在成像光路的任何位置，包括設(shè)置在透鏡組前、透鏡組后或者透鏡組內(nèi)部。
5.如權(quán)利要求4所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法，其特征在于:步驟(3)中，對(duì)焦處理單元通過(guò)將原始圖像信號(hào)和遮擋圖像信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，得到原始圖像與遮擋圖像的相位差，并根據(jù)該相位差得到圖像傳感器和成像平面的相對(duì)位置關(guān)系。
6.如權(quán)利要求4所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法，其特征在于:步驟(3)中，對(duì)焦處理單元通過(guò)將遮擋裝置處于不同遮擋位置時(shí)獲取的遮擋圖像信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，得到不同遮擋位置的遮擋圖像的相位差，并根據(jù)該相位差得到圖像傳感器和成像平面的相對(duì)位置關(guān)系。
7.如權(quán)利要求1至6之一所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法，其特征在于:步驟(I)中，所述的圖像傳感器為圖像信號(hào)采集裝置，包括CCD成像元件或CMOS成像元件。
8.如權(quán)利要求7所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法，其特征在于:步驟(3)中，對(duì)焦處理單元還用于控制圖像的后處理、存儲(chǔ)和顯示。
9.如權(quán)利要求8所述的一種實(shí)現(xiàn)相位對(duì)焦的方法，其特征在于:步驟(5)中，所述的透鏡組由一個(gè)或者多個(gè)透鏡組成。
【文檔編號(hào)】G02B7/36GK103852954SQ201210509256
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月3日
【發(fā)明者】李平立, 袁夢(mèng)尤, 王建華, 薛濤 申請(qǐng)人:北京大學(xué), 方正國(guó)際軟件(北京)有限公司